2023北京高三一模化学汇编：结构与性质

第1页/共1页2023北京高三一模化学汇编结构与性质一、结构与性质1．（2023·北京东城·统考一模）LiFePO4常用作车载动力电池的正极材料。以碳酸锂、草酸亚铁，磷酸二氢铵为主要原料经高温锻烧可制备LiFePO4。(1)草酸亚铁晶体由C、H、O、Fe4种元素组成，其结构片段如图所示。①基态26Fe2+的价层电子排布式为_____。②草酸亚铁晶体中Fe2+的配位数为_____。③草酸亚铁晶体的化学式为_____。(2)将原料与适量乙醇充分混合后，在氮气保护气氛中高温煅烧，得到LiFePO4。①从结构的角度分析，氮气能用作保护气的原因是____。②反应体系在100～400℃之间具有较大的失重，导致失重的原因之一是NH4H2PO4分解，补全方程式。____。NH4H2PO4_____+_____+P2O5(3)晶体中，FeO6八面体和PO4四面体组成空间链状结构，Li+会填充在链之间的孔道内，晶胞如图a所示，充放电时，LiFePO4中的Li+会不断脱嵌或嵌入，晶体结构变化示意图如图：①i表示_____(填“充电”或“放电”)过程。②已知：Li+的脱嵌率=×100%。某时刻，若正极材料中n(Fe2+)：n(Fe3+)=3：1，则Li+的脱嵌率为_____，平均每个晶胞脱嵌____个Li+。2．（2023·北京西城·统考一模）锂离子电池广泛应用于电源领域。(1)锂离子电池目前广泛采用溶有六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯作电解液。①Li、P、F的电负性由大到小的排序是_____。②PF中存在_____(填序号)。a.共价键

b.离子键

c.金属键③碳酸二乙酯()的沸点高于碳酸二甲酯()，原因是_____。④采用高温处理废旧电解液，会诱发碳酸酯发生变化，增大回收难度。碳酸二甲酯在高温发生如图转化。EC()发生类似转化的产物是Li2CO3和_____(答一种)。(2)废旧锂离子电池含LiNiO2的正极材料经预处理后，可采用如图原理富集Ni元素。①基态Ni2+的价层电子的轨道表示式是_____。②DMG中N原子均与Ni2+配位，且Ni2+的配位数是4；DMG－Ni中两个配体之间形成分子内氢键。写出DMG－Ni的结构简式(用“…”标出氢键)。_____(3)石墨可作锂离子电池的负极材料。充电时，Li+嵌入石墨层间。当嵌入最大量Li+时，晶体部分结构的俯视示意图如图，此时C与Li+的个数比是_____。3．（2023·北京海淀·统考一模）氟在已知元素中电负性最大、非金属性最强，其单质在1886年才被首次分离出来。（1）基态F原子的核外电子排布式为。O2F2H2O2O—O键长/pm121148（2）氟氧化物O2F2、OF2的结构已经确定。①依据数据推测O—O键的稳定性：O2F2H2O2（填“＞”或“＜”）。②OF2中F-O-F的键角小于H2O中H-O-H的键角，解释原因：。（3）HF是一种有特殊性质的氢化物。①已知：氢键（X—H···Y）中三原子在一条直线上时，作用力最强。测定结果表明，(HF)n固体中HF分子排列成锯齿形。画出含2个HF的重复单元结构：。②HF中加入BF3可以解离出H2F+和具有正四面体形结构的阴离子，写出该过程的离子方程式：。（4）工业上用萤石（主要成分CaF2）制备HF。CaF2晶体的一种立方晶胞如图所示。①CaF2晶体中距离Ca2+最近的F-有个。②晶体中Ca2+与F-的最近距离为dnm（1cm=107nm），阿伏加德罗常数的值为NA。该晶体的密度ρ=g·cm-3（列出计算式）。4．（2023·北京朝阳·统考一模）是一种锂离子电池的正极材料，放电时生成。(1)下列电子排布图表示的Li原子的状态中，能量最高的为___________(填序号)。a．b．c．(2)从价电子排布的角度解释Fe位于元素周期表d区的原因：___________。(3)的制备：的结构如图1所示。①和之间的作用力类型为___________。②的大于的，从结构角度解释原因：___________。(4)锂离子电池充放电过程中，正极材料晶胞的组成变化如图2所示。①由于的空间构型为___________，且磷氧键键能较大，锂离子嵌入和脱出时，磷酸铁锂的空间骨架不易发生形变，具有良好的循环稳定性。②正极材料在和之间转化时，经过中间产物。转化为的过程中，每摩晶胞转移电子的物质的量为___________摩。5．（2023·北京丰台·统考一模）含氮化合物具有非常广泛的应用。(1)基态氮原子的电子有______种空间运动状态。(2)很多有机化合物中含有氮元素。物质A(对氨基苯甲酸)B(邻氨基苯甲酸)结构简式熔点188℃145℃作用防晒剂制造药物及香料①组成物质A的4种元素的电负性由大到小的顺序是___________。②A的熔点高于B的原因是___________。③A可以与多种过渡金属元素形成不同结构的配合物。其中A和可形成链状结构，在下图虚线内画出A的结构简式___________。(3)氮元素可以与短周期金属元素形成化合物。是离子化合物，比较两种微粒的半径：___________(填“>”、“<”或“=”)。(4)氮元素可以与过渡金属元素形成化合物，其具备高硬度、高化学稳定性和优越的催化活性等性质。某三元氮化物是良好的超导材料，其晶胞结构如图所示。①基态Ni原子价层电子的轨道表示式为___________。②与Zn原子距离最近且相等的Ni原子有___________个。③表示阿伏伽德罗常数的值。若此晶体的密度为，则晶胞的边长为___________nm。()6．（2023·北京顺义·一模）氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，下列物质都是具有广阔应用前景的储氢材料。按要求回答下列问题：(1)氢化钠(NaH)是一种常用的储氢剂，遇水后放出氢气并生成一种碱，该反应的还原剂为_______。(2)钛系贮氢合金中的钛锰合金具成本低，吸氢量大，室温下易活化等优点，基态锰的价层电子排布式为_______。(3)(氨硼烷)具有很高的储氢容量及相对低的放氢温度(<350℃)而成为颇具潜力的化学储氢材料之一，它可通过环硼氮烷、与进行合成。①上述涉及的元素H、B、C、N、O电负性最大的是_______。②键角：_______(填“>”或“<”)，原因是_______。(4)咔唑()是一种新型新型有机液体储氢材料，它的沸点比()的高，其主要原因是_______。(5)氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键，铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。①距离Mg原子最近的Fe原子个数是_______。②铁镁合金的化学式为_______。③若该晶胞的晶胞边长为dnm，阿伏加德罗常数为，则该合金的密度为_______()。④若该晶体储氢时，分子在晶胞的体心和棱心位置，则含Mg48g的该储氢合金可储存标准状况下的体积约为_______L。7．（2023·北京房山·统考一模）邻羟基苯甲酸俗称水杨酸，具有抗炎、抗菌、角质调节等作用。其分子结构如图所示。(1)邻羟基苯甲酸中碳原子的杂化方式为___________。(2)下列关于邻羟基苯甲酸的说法合理的是___________。a．属于分子晶体b．沸点高于对羟基苯甲酸c．相同条件下，在水中的溶解度小于对羟基苯甲酸(3)具有酚羟基的物质通常能与氯化铁溶液发生显色反应。其显色原理是苯酚电离出的和形成配位键，得到的显紫色。①基态的价电子排布式为___________。②实验发现对羟基苯甲酸不能与氯化铁发生显色反应，试从化学平衡的角度解释其原因是___________。(4)理论上可以通过乙酸和邻羟基苯甲酸反应制备阿司匹林，然而实际生产中该反应产率极低。已知：i．乙醇和乙酸在酸性条件下发生酯化反应，部分反应机理：ii．苯酚中O原子2p轨道与C原子2p轨道平行，O原子p轨道电子云与苯环大π键电子云发生重叠，电子向苯环转移，降低了氧原子周围的电子云密度。①比较O、C电负性大小，并从原子结构角度解释两元素电负性差异的原因是___________。②请结合已知信息，分析以邻羟基苯甲酸和乙酸为原料制备阿司匹林产率偏低的原因是___________。

参考答案1．(1)

3d6

6

FeC2O4•2H2O(2)

N2中存在共价三键(N≡N)，键能大，N2化学性质稳定

2NH4H2PO42NH3+P2O5+3H2O(3)

充电

25%

1【详解】（1）①基态26Fe的质子数为26，26Fe2+的价层电子排布式为3d6，故答案为：3d6；②由图可知，草酸亚铁晶体中亚铁离子与草酸根离子中的4个氧原子和水分子中的2个氧原子相连，则亚铁离子的配位数为6，故答案为：6；③由图可知，亚铁离子与2个草酸根离子和2个水分子相连，其中草酸根离子为两个亚铁离子所共有，则每个亚铁离子结合的草酸根离子为2×=1，则草酸亚铁晶体中亚铁离子、草酸根离子和水分子的个数比为1：1：2，化学式为FeC2O4•2H2O，故答案为：FeC2O4•2H2O；（2）①氮气分子中含有氮氮三键，氮氮三键的键能大，破坏化学键消耗的能量大，所以氮气的化学性质稳定，能用作保护气，故答案为：N2中存在共价三键(N≡N)，键能大，N2化学性质稳定；②由未配平的化学方程式可知，磷酸二氢铵在100～400℃受热分解生成五氧化二磷、氨气和水，反应的化学方程式为2NH4H2PO42NH3+P2O5+3H2O，故答案为：2NH4H2PO42NH3+P2O5+3H2O；（3）①由晶胞结构可知，LiFePO4在阳极失去电子发生氧化反应生成FePO4，则i表示充电过程，故答案为：充电；②由晶胞结构可知，LiFePO4晶胞中位于顶点和面心的锂离子个数为8×+6×=4，位于体内的FeO6八面体和PO4四面体形成的磷酸根离子的个数为4，若某时刻，若正极材料中n(Fe2+)：n(Fe3+)=3：1，由化合价代数和为0可知，晶胞中锂离子的个数为3，则平均每个晶胞脱嵌锂离子个数为1，脱嵌率为×100%=25%，故答案为：25%；1。2．(1)

F＞P＞Li

a

二者在固态均为分子晶体，碳酸二乙酯与碳酸二甲酯结构相似，前者的相对分子质量大，范德华力大，沸点高

CH2=CH2(2)

或(3)6∶1【详解】（1）①电负性由大到小的排序：F>P>Li；②PF中P原子和F原子形成共价键，答案选a；③二者在固态均为分子晶体，碳酸二乙酯与碳酸二甲酯结构相似，前者的相对分子质量大，范德华力大，沸点高；④由信息可知反应物中2个C-O断裂，形成碳碳键，则发生类似转化的产物是Li2CO3和CH2=CH2。答案：CH2=CH2。（2）①基态Ni2+的价层电子排布式3d8，轨道表示式是；②DMG－Ni中两个配体之间形成分子内氢键，一个配体中和O形成共价键的H与另一个配体中的氧形成氢键，答案：或。（3）由晶体部分结构的俯视示意图，可选取晶胞，俯视图如图，晶胞中16个C原子在棱上，4个C在面心，4个Li+在棱心，根据均摊法，C与Li+的个数比1=6∶1。3．（1）1s22s22p5（2）①＞②OF2和H2O中O原子均为sp3杂化且均有2个孤电子对（或OF2和H2O分子结构相似），F原子电负性大于H，与H2O中O—H相比，OF2中O—F键成键电子对更加偏向F原子，中心原子O的电子云密度小，OF2中成键电子对之间排斥力小于H2O中，故OF2的键角F—O—F小于H2O中键角H—O—H（3）①②BF3+2HF＝H2F++[BF4]-（4）①8②4．(1)a(2)基态Fe原子的价电子排布为，最后填入电子的能级为3d(3)

配位键

中的甲基为推电子基团，使羧基中的氧氢键极性减弱；中的羧基为吸电子基团，使另一羧基中的氧氢键极性增强。(4)

正四面体

4x【详解】（1）根据能量大小顺序：2p>2s>1s分析，b能量最低，当2p轨道有两个电子时，根据洪特规则应该分占不同的轨道，电子的能量最低，若两个自旋方向相反的电子占据一个轨道其能量要高些，故能量最高的为a。（2）基态Fe原子的价电子排布为，最后填入电子的能级为3d，故铁属于d区。（3）①提供空轨道，中的氧原子提供孤对电子对，二者之间形成配位键。②的大于的，从结构角度解释原因：中的甲基为推电子基团，使羧基中的氧氢键极性减弱；中的羧基为吸电子基团，使另一羧基中的氧氢键极性增强，更容易电离，故其电离平衡常数比醋酸的电离平衡常数大。（4）①的中心原子为磷原子，其价层电子对数为，没有孤电子对，故空间构型为正四面体结构。②正极材料在和之间转化时，经过中间产物。转化为的过程中，电极反应为，一个晶胞中含有锂离子的个数为，故每个晶胞含有4个，每摩晶胞反应就是有4mol反应，转移电子的物质的量为4xmol。5．(1)5(2)

O>N>C>H

B易形成分子内氢键，A只存在分子间氢键，影响物质熔点的是分子间氢键，所以A的熔点高于B

(3)<(4)

12

c【详解】（1）基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，电子的空间运动状态数=轨道数，有5种；（2）①组成物质A的4种元素为C、H、N、O，同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增大，则有电负性C＜N＜O，H的电负性最小，故有：O>N>C>H；②B(邻氨基苯甲酸)易形成分子内氢键，A(对氨基苯甲酸)只存在分子间氢键，影响物质熔点的是分子间氢键，所以A的熔点高于B；③N、O原子提供孤电子对，提供空轨道，其中A和可形成链状结构，A的结构简式为；（3）具有相同电子层结构的离子，核电荷数越大，半径越小，故半径<；（4）①基态Ni原子的价电子排布式为3d84s2，故其价电子轨道表示式为；②根据晶胞结构可知，Zn在顶点，Ni在面心，以Zn为中心在四个晶胞的面心有4个Ni，考虑三维空间，则与Zn原子距离最近且相等的Ni原子有43=12个；③根据均摊法，则一个晶胞含有1个N，6=3个Ni，8=1个Zn，分子式为ZnNi3N；晶胞的质量为，体积为V=cm3，边长为cm=cnm。6．(1)(2)(3)

O

>

分子中没有孤电子对，有2对孤电子对，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，排斥力越大，键角越小，所以小于的键角；(4)高于(5)

4

22.4【详解】（1）遇水反应的方程式为：，，化合价升高，被氧化，作还原剂；（2）锰原子序数为25，基态锰的电子排布式为，价层电子排布式为：；（3）根据元素H、B、C、N、O在周期表中的位置，电负性最大的是O；和都有4个价层电子对，但分子中没有孤电子对，有2对孤电子对，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，排斥力越大，键角越小，所以小于的键角；（4）分子中含有氢键，其沸点高于；（5）由晶胞可知，原子在晶胞内，距离最近的为4个；在晶胞中，原子位于顶点和面心，个数为：，原子在晶胞内，个数为8，铁镁合金的化学式为；该合金的密度；晶胞中原子为8，为，48g物质的量为2mol，储存的物质的量为1mol，在标准状况下，体积为22.4L。7．(1)sp2(2)ac(3)